体积压裂复杂缝网平均裂缝长度和等效裂缝条数确定方法

摘要

本发明涉及的是体积压裂复杂缝网平均裂缝长度和等效裂缝条数确定方法，这种体积压裂复杂缝网平均裂缝长度和等效裂缝条数确定方法：测量得到施工前包括体积压裂储层地应力参数、岩石物性参数等初始基本参数；体积压裂施工中，继续测量得到体积压裂施工过程中压裂施工相关的初始基本参数；依据上述初始基本参数，计算缝网内裂缝的平均宽度：根据初始时刻裂缝的扩展速度等于初始时刻孔眼内液体的流动速度这一边界条件确定常数 C：迭代求解体积压裂复杂缝网内的平均裂缝长度和等效裂缝条数，得到用来描述体积压裂改造体积内裂缝密度和导流能力的关键参数。本发明真实的反映了体积压裂复杂缝网内的裂缝参数，为体积压裂效果分析提供了评价参数。

说明书

技术领域

本发明涉及低渗透非常规储层体积压裂技术，具体涉及体积压裂复杂缝网平均裂缝长度和等效裂缝条数确定方法。

背景技术

低渗透非常规储层由于其低孔、低渗的特点，必须采用大规模体积压裂技术才能实现工业化开发。体积压裂技术是指采用分段多簇射孔技术，利用缝内较高的净压力和缝间干扰作用实现人工裂缝与天然裂缝的沟通以及横向裂缝的产生，在储层中形成长、宽、高三维方向的复杂裂缝网络，使得任意方向基质中的油气向裂缝的渗流距“最短”，极大地提高了储集层的整体渗透率，提高低渗透非常规储层油气井的产能和最终采收率。

体积压裂技术能够在储层内形成多条裂缝相互交织的复杂缝网，缝网内裂缝的条数和各自的长度对改造区的整体渗透率和油气井产能有较大的影响，其从一定程度上反映了体积压裂的效果，同时也是进行油气井产能模拟地质建模的基本依据。

为了能够对体积压裂缝网内的裂缝参数进行描述，众多研究者分别建立了多种2维和3维体积压裂裂缝网络模型，这些模型主要分为均匀裂缝网络模型和不规则裂缝网络模型两类：均匀裂缝网络模型主要为线网模型和离散化缝网模型，该类模型假设缝网体内存在多条相互平行或正交的主裂缝和次生裂缝，裂缝的数目和间距人为设定，不符合实际压裂过程中受应力和地质条件共同控制的裂缝网络的复杂性和随机性；不规则裂缝网络模型能够模拟出不规则的缝网形态及其内部裂缝分布，但是需要对天然裂缝的分布有准确的认识，模拟最终得出的不规则裂缝网络主要受天然裂缝分布的影响，但是实际上模拟所用的天然裂缝网络(包括位置、倾向、尺寸等)都是研究者自己假定的，与实际天然裂缝的复杂无序随机分布有较大的差别。

由此可见，无论是均匀裂缝网络模型和不规则裂缝网络模型，其缝网体内裂缝的长度和裂缝的条数主要受其假设条件的制约，而在实际的体积压裂过程中，主裂缝首先沿着原地最大水平地应力方向扩展，在主裂缝的扩展过程中会在其侧面产生分支裂缝甚至是主裂缝偏转，分支裂缝的产生和主裂缝的偏转既受到应力条件的控制，又受到不规则分布的天然裂缝以及非均匀岩石性质的影响，因此分支裂缝产生的位置、数目以及主裂缝的偏转位置和角度具有较大的不规则性和随机性，现有的用来描述缝网内裂缝参数的均匀裂缝网络模型和不规则裂缝网络模型受到人为因素的影响较大，无法真实的体现体积压裂复杂缝网内裂缝的参数特征。

发明内容

本发明的一个目的是提供体积压裂复杂缝网平均裂缝长度和等效裂缝条数确定方法，这种体积压裂复杂缝网平均裂缝长度和等效裂缝条数确定方法用于解决现有的用来描述缝网内裂缝参数的均匀裂缝网络模型和不规则裂缝网络模型受到人为因素的影响较大，无法真实的体现体积压裂复杂缝网内裂缝的参数特征的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种体积压裂复杂缝网平均裂缝长度和等效裂缝条数确定方法：

步骤一、对现场进行体积压裂施工之前，首先测量得到施工前的初始基本参数，初始基本参数包括体积压裂储层地应力参数、岩石物性参数；对现场进行体积压裂施工过程中，继续测量得到体积压裂施工过程中压裂施工相关的初始基本参数；

步骤二、依据上述初始基本参数，计算缝网内裂缝的平均宽度：

式中：w为缝网内裂缝的平均宽度，m；v为泊松比；E为杨氏弹性模量，Pa；p为裂缝内的平均压力，Pa；σ_h为最小水平地应力，Pa；h为缝高，m；

步骤三、根据初始时刻裂缝的扩展速度等于初始时刻孔眼内液体的流动速度这一边界条件确定常数C：

式中：N为每簇内射孔孔眼个数的一半；r为孔眼半径，m；p_inj为缝口注入压力，Pa；e_s为比表面能，J/m²；f为范宁摩阻系数；

步骤四、迭代求解体积压裂复杂缝网内的平均裂缝长度和等效裂缝条数，得到用来描述体积压裂改造体积内裂缝密度和导流能力的关键参数：

1)平均裂缝长度计算公式为：

式中：x为平均裂缝长度，m；V_l为滤失的液体体积，m³；q_inj为每簇内注入排量的一半，m³/s；t为注入时间，s；

2)等效裂缝条数的表达式为：

式中：n为等效裂缝条数；

3)滤失的液体体积计算公式为：

式中：c为液体的综合滤失系数，为t时刻液体到达x处所需的时间，s；

4)迭代求解方法为：

①首先选定比较小的初始时间t，假设在该时间段内滤失量V_l＝0；

②根据滤失量V_l计算该时刻的平均裂缝长度x和等效裂缝条数n；

③将计算得到的平均裂缝长度x和等效裂缝条数n代入液体滤失体积模型，

计算在该时间段内的滤失量V_l'；

④若|V_l'-V_l|＜ε，则计算终止，V_l＝V_l'；若不满足，V_l＝V_l'，重复②-③步；

⑤增加时间步长△t，根据滤失量V_l计算t+△t时刻的平均裂缝长度x和等效裂缝条数n；

⑥重复③-⑤步，得出体积压裂施工结束时复杂缝网内的平均裂缝长度x和等效裂缝条数n。

本发明具有以下有益效果：

1、由于地质条件和应力分布的复杂性，无法详细的得出体积压裂复杂缝网内裂缝的位置以及各自的长度，但由于水力压裂过程是依靠高压流体能量在地层岩石中创造裂缝的过程，这一过程将会遵守能量守恒原理和物质平衡原理，本发明即根据这些原理以及实际压裂施工参数提出了体积压裂复杂缝网内多条裂缝的平均长度和等效裂缝条数确定方法，没有对缝网内的裂缝参数进行过多的人为假设，克服了现有裂缝网络模型得出的裂缝参数主要依赖于人为假设的局限性。

2、本发明通过确定体积压裂复杂缝网内的平均裂缝长度和等效裂缝条数，更为真实的反映了体积压裂复杂缝网内的裂缝参数，为体积压裂效果分析提供了评价参数。

3、本发明通过确定体积压裂复杂缝网内的平均裂缝长度和等效裂缝条数，为油气井产能模拟地质建模提供了基本参数，为体积压裂井储层地质建模裂缝数目的确定提供了依据。

4、本发明通过确定体积压裂复杂缝网内的平均裂缝长度和等效裂缝条数，能够得出地质条件及压裂施工参数对复杂缝网内裂缝参数的影响规律，为体积压裂优化设计提供了必要的指导。

5、本发明通过确定体积压裂复杂缝网内的平均裂缝长度和等效裂缝条数，可以从一定程度上反映储层形成多条裂缝复杂缝网的能力，为储层可压性评价提供了研究手段和依据。

具体实施方式

下面对本发明作进一步的说明：

这种体积压裂复杂缝网平均裂缝长度和等效裂缝条数确定方法：

步骤一、对现场进行体积压裂施工之前，首先测量得到施工前的初始基本参数，初始基本参数包括体积压裂储层地应力参数、岩石物性参数；对现场进行体积压裂施工过程中，继续测量得到体积压裂施工过程中压裂施工相关的初始基本参数；

步骤二、依据上述初始基本参数，计算缝网内裂缝的平均宽度：

式中：w为缝网内裂缝的平均宽度，m；v为泊松比；E为杨氏弹性模量，Pa；p为裂缝内的平均压力，Pa；σ_h为最小水平地应力，Pa；h为缝高，m；

步骤三、根据初始时刻裂缝的扩展速度等于初始时刻孔眼内液体的流动速度这一边界条件确定常数C：

式中：N为每簇内射孔孔眼个数的一半；r为孔眼半径，m；p_inj为缝口注入压力，Pa；e_s为比表面能，J/m²；f为范宁摩阻系数；

步骤四、迭代求解体积压裂复杂缝网内的平均裂缝长度和等效裂缝条数，得到用来描述体积压裂改造体积内裂缝密度和导流能力的关键参数：

1)平均裂缝长度计算公式为：

式中：x为平均裂缝长度，m；V_l为滤失的液体体积，m³；q_inj为每簇内注入排量的一半，m³/s；t为注入时间，s；

2)等效裂缝条数的表达式为：

式中：n为等效裂缝条数；

3)滤失的液体体积计算公式为：

式中：c为液体的综合滤失系数，为t时刻液体到达x处所需的时间，s；

4)迭代求解方法为：

①首先选定比较小的初始时间t，假设在该时间段内滤失量V_l＝0；

②根据滤失量V_l计算该时刻的平均裂缝长度x和等效裂缝条数n；

③将计算得到的平均裂缝长度x和等效裂缝条数n代入液体滤失体积模型，计算在该时间段内的滤失量V_l'；

④若|V_l'-V_l|＜ε，则计算终止，V_l＝V_l'；若不满足，V_l＝V_l'，重复②-③步；

⑤增加时间步长Δt，根据滤失量V_l计算t+Δt时刻的平均裂缝长度x和等效裂缝条数n；

⑥重复③-⑤步，得出体积压裂施工结束时复杂缝网内的平均裂缝长度x和等效裂缝条数n。

本发明基于能量守恒原理和物质平衡原理，根据实际压裂施工参数得出了用于描述体积压裂复杂缝网内裂缝参数的平均裂缝长度和等效裂缝条数，克服了现有裂缝网络模型得出的裂缝参数主要依赖于人为假设的局限性，可以为体积压裂效果评价以及油气井产能模拟地质建模提供最基本的依据。